REVISITANDO ARQUIMEDES: UMA PROPOSTA DE EXPERIÊNCIA
INVESTIGATIVA SOBRE O ENSINO DE DENSIDADE E EMPUXO.
Débora Emanoely de Sousa1 [[email protected]]
Marília Genuno Alves da Silva2 [[email protected]]
Oberlan da Silva3 [[email protected]]
1
Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. Autor
Instituto Federal de Pernambuco2. Campus Pesqueira. Coautor
3
Departamento de Física. Instituto Federal de Pernambuco. Orientador
2
RESUMO: O presente trabalho traz uma proposta apresentada por estudantes de
graduação em física e também bolsistas do PIBID para o ensino da densidade e empuxo
dos corpos, mediada por uma atividade experimental investigativa e os resultados
obtidos por esta intervenção em uma turma de Ensino Médio de uma escola da rede
pública da cidade de Pesqueira Estado de Pernambuco. A proposta constitui-se de dois
experimentos construídos a partir de materiais alternativos para a intermediação das
discussões que teve como foco principal a problematização dos fenômenos a partir de
situações que se apresentam no dia-a-dia do estudante e que muitas vezes os mesmos
não conseguem explicar, conforme ficou claro nos resultados apontados pelos
instrumentos de pesquisa que foram empregados no momento da aula. Nos
procedimentos foi determinado o empuxo exercido por diversas substâncias em corpos
semelhantes e por um mesmo líquido em corpos diferentes, já a discussão sobre a
densidade também foi mediada por um instrumento levando em consideração a
densidade absoluta dos materiais e da densidade relativa, provando assim, que o mesmo
material pode ter sua densidade modificada através da variação de seu volume. Os
resultados foram extremamente satisfatórios tendo em vista as respostas que foram
dadas inicialmente aos questionamentos que nortearam a intervenção.
Palavras-chave: Empuxo, Densidade e Atividade Experimental.
INTRODUÇÃO
Este artigo tem por finalidade elaborar um estudo experimental investigativo
sobre o ensino do Princípio de Arquimedes.
Sabemos que existem muitas dificuldades em compreender os conteúdos que
possuem grandes abstrações teóricas no ensino da física. Portanto, buscar instrumentos
e métodos que possam favorecer este ensino nos parece adequado uma vez que há
diversas pesquisas apontando problemas inerentes a esta área do conhecimento. Um
desses instrumentos defendidos por muitos pesquisadores são as atividades relacionadas
com a experimentação em ciências, por elas serem ferramentas capazes de promover
uma percepção dos fenômenos estudados favorecendo e contribuindo para uma boa
formação dos alunos.
De acordo com os autores Wilsek e Tosin (2009), “Ensinar Ciências por
Investigação significa inovar, mudar o foco da dinâmica da aula deixando de ser uma
mera transmissão de conteúdo”.
Segundo Campos e Nigro (2009), em um trabalho investigativo cabe ao
professor orientar e indicar um caminho de investigação, dando dicas que ajudem os
alunos na busca do conhecimento que está sendo procurado.
Dessa forma, o presente estudo relata às contribuições de experiências
desenvolvidas com um grupo de alunos de uma escola de referência, baseadas em
atividades experimentais investigativas. Também objetiva observar se as mesmas
atividades contribuem para o aprendizado, facilitando o entendimento sobre conceitos
físicos.
MARCO TEÓRICO
Arquimedes (287 a.C. – 212 a.C.), filósofo, matemático, físico, engenheiro,
inventor e astrônomo. Desenvolveu grandes trabalhos relacionados à suas áreas afins.
Porém seu trabalho mais célebre foi o estudo da flutuação dos corpos, atualmente
conhecido como o princípio de Arquimedes, onde é introduzido o conceito de empuxo,
o qual afirmava que, todo corpo mergulhado em um fluido em equilíbrio sofre uma ação
de uma força vertical de baixo para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido
deslocado pela parte submersa do corpo. Ainda dizia que, massas iguais ocupavam
volumes iguais, e consequentemente deslocavam o mesmo volume de água quando
mergulhados.
Aprofundando seus estudos ele pode concluir que o que realmente pensava não
funcionava do mesmo modo, e em seguida concluiu que dentro da água os corpos
apresentam um peso aparente que difere do seu peso real. Entretanto existe outro fator
que contribui para um maior ou menor deslocamento de liquido chamado de densidade,
que é matematicamente expressa pela razão entre a massa do objeto e o seu volume.
𝜇=
𝑚
𝑉
(1)
A densidade existe para determinar a quantidade de matéria que está presente em
uma determinada unidade de volume. Pelo princípio de Arquimedes, sabemos que:
Empuxo é igual ao peso do liquido deslocado.
𝐸�⃗ = 𝑚𝑑 ∙ 𝑔⃗
(2)
Onde 𝑚𝑑 é a massa do liquido deslocado e 𝑔⃗ gravidade.
Sendo 𝜇𝑙 a densidade do líquido e 𝑣𝑑 o volume do líquido deslocado, temos:
𝑚𝑑 = 𝜇𝑙 ∙ 𝑉𝑑
(3)
𝐸�⃗ = 𝜇𝑙 ∙ 𝑉𝑑 ∙ 𝑔⃗
(4)
Assim,
Vemos, então, que o valor do empuxo será tanto maior quanto maior for o
volume do líquido deslocado e quanto maior for a densidade deste líquido.
Por outro lado, o peso, 𝑃�⃗, do corpo mergulhado no líquido, pode ser expresso da
seguinte maneira:
𝑃�⃗ = 𝑚𝑔⃗
(5)
Da equação (1) podemos apreender que a massa pode ser escrita em função da
densidade e do volume do corpo.
𝑚 = 𝜇𝑐 ∙ 𝑉𝑐
(6)
Substituindo a massa na equação (5), obtemos:
𝑃�⃗ = 𝜇𝑐 ∙ 𝑉𝑐 ∙ 𝑔⃗
(7)
Quando o corpo estiver totalmente mergulhado no líquido, ele terá deslocado um
volume de líquido 𝑉𝑑 igual ao seu próprio volume 𝑉𝑐 , isto é, 𝑉𝑑 = 𝑉𝑐 . Portanto, para um
corpo totalmente imerso no líquido temos:
𝐸�⃗ = 𝜇𝑙 ∙ 𝑉𝑑 ∙ 𝑔⃗
(8)
𝐸�⃗ = ���⃗
𝑃𝑐
(9)
𝜇𝑙 ∙ 𝑉𝑑 ∙ 𝑔⃗ = 𝜇𝑐 ∙ 𝑉𝑐 ∙ 𝑔⃗
(10)
Comparando estas duas expressões, vemos que elas diferem apenas quanto aos
valores de 𝜇𝑙 (densidade do líquido) e 𝜇𝑐 (densidade do corpo).
METODOLOGIA
A atividade foi realizada por uma equipe de graduandos em Física que também
são bolsistas do PIBID (Programa de Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência),
orientada pelo professor supervisor, em agosto de 2014. Foi aplicada em uma turma de
segunda série do Ensino Médio composta de 35 alunos da Escola de Referência do
Ensino Médio José de Almeida Maciel (EREMJAM), localizado na Avenida Ézio
Araújo, S/N - Centro, do município de Pesqueira estado de Pernambuco. Utilizamos um
questionário com questões que investigava o que os alunos concebiam sobre os
fenômenos que seriam apresentados pelos experimentos. Após responderem ao
questionário realizamos a aula mediada pelos equipamentos que representavam os
conteúdos expostos em sala. O tratamento dos dados colhidos pelo instrumento de
pesquisa está apresentado em gráficos que explicitam os resultados alcançados.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os dados apresentados no gráfico representa os erros e acertos apontados pelo
questionário antes e depois da exposição. Como podemos perceber houve uma melhoria
significativa na compreensão dos fenômenos apresentados.
Gráfico 1 – Erros e acertos dos alunos sobre questões aplicadas por questionário.
35
35
32
32
30
28
30 30
28
25
25
22
20
25
ACERTOS
15
ERROS
10
5
0
I
II
III
IV
V
Fonte: Questionário próprio
Na maioria das questões houve uma inversão significativa entre o número de
erros e acertos denotando que o uso dos experimentos é fundamental para o ensino das
ciências. Vale lembrar que essas questões eram de natureza investigativa, ou seja, elas
levavam o aluno a ter um conflito entre os seus conhecimentos de senso comum e o que
preconiza as teorias e fundamentos do campo científico.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Além do entusiasmo sentido durante o desenvolvimento e aplicação desta
atividade, percebemos um grande avanço na compreensão dos conteúdos que
fundamentaram o nosso trabalho. Sendo assim, fica claro que as atividades
experimentais quando tratadas de maneira que suscite o interesse e o dinamismo do
processo ensino aprendizagem pode ser considerada uma excelente ferramenta de
ensino.
Com isso, concluímos que a investigação é uma maneira estimulante capaz de
levar os alunos a construírem seus conhecimentos, tornando-os mais sólidos e
significativos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
WILSEK, M. A. G.; TOSIN, J. A. P. Ensinar e Aprender Ciências no Ensino
Fundamental com Atividades Investigativas através da Resolução de Problemas, 2009.
Disponível em: <http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br>.
.
CAMPOS, M. D. C; NIGRO, R. G. Teoria e Prática em Ciências na Escola, O EnsinoAprendizagem como investigação, 1ª edição, editora FTD, 2009.
SILVA, Claudio Xavier da, Física aula por aula, volume1/ Claudio Xavier da silva,
Benigno Barreto Filho – 1. ed. São Paulo; FTD, 2008.
JUNIOR, Francisco Ramalho. FERRARO, Nicolau Gilberto. SOARES, Paulo Antonio
de Toledo. Os fundamentos da física. 8. ed. – São Paulo. Moderna, 2003.
ALGUMAS FOTOS DO TRABALHO DESENVOLVIDO
Foto 1: Realização da intervenção.
Foto 2: Mostra dos dois Experimentos.
Foto 3: Realização dos experimentos.
Foto 4: Experimentos usados.